Повышение износостойкости деталей цилиндропоршневой группы с помощью присадок нового поколения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №1/2016 ISSN 2410-700Х_

УДК 531.43

Приказчиков Александр Алексеевич

студент магистратуры 1 курса ИМТЭиТ Астраханский государственный технический университет

E-mail: [email protected] Научный руководитель: Ильин Роман Альбертович к.т.н., заведующий кафедрой «Теплоэнергетика» Астраханский государственный технический университет

E-mail: [email protected] г. Астрахань, Российская Федерация

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ С ПОМОЩЬЮ ПРИСАДОК НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Аннотация

Рассмотрены основные способы повышения надёжности цилиндропоршневой группы теплового двигателя. Проверены модификации смазочных материалов для повышения износостойкости и ресурса элементов двигателя.

Ключевые слова

Присадка. Износ. Трибология. Магниты. Нанотехнологии.

Цилиндропоршневая группа является одной из основных частей двигателя, где происходит износ. Поэтому необходимо предусматривать все возможные способы понижения трения для повышения надёжности и долговечности деталей [2]:

1. Нанесение износостойких антифрикционных покрытий;

2. Использование в качестве окончательной обработки поверхностей трения финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО);

3. Оптимизация параметров макро- и микрогеометрии, физико-химических свойств поверхностей;

4. Научный подход к конструированию узлов трения (оптимальные нагрузочные, скоростные, температурные характеристики);

5. Разработка и использование новых смазочных материалов.

Из всех вариантов повышения износостойкости и трибологических свойств (трибология - наука, занимающаяся исследованием и описанием контактного взаимодействия твёрдых деформируемых тел при их относительном перемещении; относится к процессам трения, изнашивания и смазки) регулярно используются только смазочные материалы. Поэтому улучшение смазки получает приоритетное развитие, особенно к новым двигателям.

Современные масла имеют сложный состав и содержат до 30% различных присадок, обеспечивающих их улучшенные противоизносные, противозадирные, противонагарные, моющие, вязкостные и другие свойства. Масла имеют минеральную, синтетическую и смешанную основу.

Цель данной работы - проанализировать влияние магнитных противоизносных присадок на износостойкость деталей цилиндропоршневой группы. За последнее время появилось несколько новых типов присадок. Все они делятся на классы [1]:

1. Металлоплакирующие присадки (МПП) - порошки различных материалов, чаще всего меди, её соли и оксиды.

2. Различные химические соединения.

3. PTFE (политетрафторэтилен, тефлон).

4. Жидкие кристаллы - фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях.

5. Жидкие магниты - они покрывают поверхности трения слоем одноимённо заряженных молекул вещества, создающих «магнитную подушку».

Магнитная жидкость и способы её применения активно изучаются из-за необычных свойств. Она представляет собой коллоидную систему однодоменных магнитных частиц (дисперсная фаза), диспергированных в жидкости-носителе (дисперсионная среда). Размеры частиц при этом менее 100 нм, что позволяет им не выпадать в осадок и стало доступным в связи с развитием нанотехнологий.

Магнитная противоизносная мицеллярная наноприсадка нового поколения представляет собой мицеллы из молекул твёрдой пластичной смазки оксида железа Fe3O4 и окружающими её молекулами олеиновой кислоты C18H34O2, применение которой приводит к повышению смазочной способности масел. Материалы, из которых состоит присадка, сравнительно недорогие и при добавлении в основную смазку двигателя (0,5...1,5% от объёма смазки) удорожают конечный продукт незначительно, при этом окупаясь в последующем применении. Технический результат - повышение триботехнических и эксплуатационных характеристик [3].

Массового производства идентичных и подобных магнитных присадок в мире пока нет, но их изучением помимо России занимаются и другие страны, такие как США, Япония, Франция, Германия, Великобритания, Нидерланды, Израиль. На данный момент используются "традиционные" присадки комбинированных типов, имеющие несколько химических соединений одновременно, что позволяет проводить комплексную защиту двигателя, но само трение при этом остаётся значительным.

Проведённые эксперименты на машине трения СМТ-1 (рисунок 1) [4] показали, что наиболее эффективной является концентрация присадки в диапазоне 0,5-1,5% при напряжённости магнитного поля в диапазоне 10-20 кА/м.

На рисунке 2 приведены результаты сравнительных экспериментальных данных отечественного масла марки М-16Г2ЦС с введённой магнитной противоизносной присадкой и зарубежного масла Shell. При концентрации присадки в 1,5% масло М-16Г2ЦС лишь на 3-5% уступает по своим трибологическим свойствам дорогостоящему аналогу.

Рисунок 1 - Машина трения СМТ-1: 1 - блок управления машиной трения; 2 - машина трения; 3 -коммутационные провода, соединяющие температурный датчик с регистратором; 4 - регистрирующее устройство; 5 - преобразователь; 6 - коммутационные провода; 7 - персональный компьютер

Рисунок 2 -Зависимость интенсивности изнашивания трущихся образцов от марки масла, концентрации присадки и давления в зоне трения

При этом построена графическая зависимость интенсивности изнашивания от величины температуры в зоне трения при постоянном давлении 1 МПа (рисунок 3).

Рисунок 3 - Зависимость интенсивности изнашивания от температуры в зоне трения и концентрации

присадки в смазочной среде

При повышенных температурах интенсивность изнашивания экспериментальных образцов увеличивается на 20-25% в сравнении с данными, показанными на рисунке 4, что является отличным показателем для недорогого отечественного масла.

Исходя из полученных данных видно, что наиболее экономически и технически выгодной является концентрация присадки в диапазоне 1—1,4% при наличии внешнего магнитного поля в диапазоне 0-20 кА/м. При этом диапазон интенсивности изнашивания находится в пределах ^ = 0,16—1,95^10-10

(рисунок 4).

Рисунок 4 - Изменение интенсивности изнашивания и коэффициента трения испытуемых образцов от давления и концентрации присадки в масле при 25оС: а - при отсутствии магнитного поля; б - при наличии

магнитного поля напряжённостью 20 кА/м

Магнитная противоизносная присадка проста в изготовлении, хотя и требует оборудования высокой точности. Присадка не требует особых способов применения, достаточно придерживаться инструкции обращения с мотором самой установки, а, следовательно, легко применима на различных двигателях внутреннего сгорания. Внедрение магнитных смазочных материалов в узлы двигателя может способствовать увеличению износостойкости и ресурса деталей до 2-х раз.

Так как обновление, ремонт и замена установок - коммерчески сложная и ресурсозатратная задача, выходом в данной ситуации может стать внедрение новой присадки на уже имеющихся двигателях, позволяющую улучшить эксплуатационные характеристики установки. При этом общая экономия при переходе на разработанный состав смазочной среды с иностранного аналога будет ещё выгоднее, но необходимо официальное разрешение завода-изготовителя.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №1/2016 ISSN 2410-700Х_

Список использованной литературы:

1. Данилов А.М. Применение присадок в топливах. 3-е изд., доп. СПб.: Химиздат, 2010. 368 стр.

2. Мельников Г.В. Повышение износостойкости рабочих поверхностей ЦПГ двигателей, разработка и применение рациональных технологических приёмов при ремонте. г. Кинель, 2012. 24 стр.

3. Перекрестов А.П., Непомнящий В.А. Механизм действия противоиз-носной присадки на магнитной основе. Вестник АГТУ 2008. № 2. 46-50 стр.

4. Перекрестов А.П., Дроздов Ю.Н., Чанчиков В.А., Миронов В.Н. Патент РФ №115917. МПК G01N 3/56 (2006/01) Машина трения СМТ-1 / №2011149211/28; Заявл. 02.12.2011; Опубл. 10.05.2012, Бюл. №13.

© А.А. Приказчиков, 2016

УДК 662.8.05

Салтыкова Светлана Николаевна

канд. техн. наук, доцент кафедры ХТПЭ, [email protected]

Салаев Эмиль Владимирович магистр кафедры ХИПЭ, [email protected] Назаренко Максим Юрьевич аспирант кафедры ХТПЭ, [email protected] Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»,

г. Санкт-Петербург, РФ

ИЗУЧЕНИЕ НИЗКОСОРТНЫХ ВИДОВ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

Аннотация

В данной работе представлены экспериментальные данные по изучению влияния температуры на поведение низкосортных видов твердого топлива - горючих сланцев Ленинградского месторождения и бурых углей. Получена зависимость выхода летучих веществ из бурых углей от температуры и материальный баланс пиролиза горючих сланцев.

Ключевые слова

бурый уголь, горючие сланцы, выход летучих веществ, материальный баланс, пиролиз, температура

В настоящий момент происходит постоянный рост энергопотребления, уменьшение известных запасов легкодоступной нефти, увеличение сернистости и обводненности нефти и, что самое важно, происходит увеличение себестоимости добычи нефти вследствие преобладания труднодоступных запасов и большой выработанности действующих месторождений и перемещение месторождений в труднодоступные регионы [1]. Большинство стран стремятся диверсифицировать структуру своей энергетики, развивать неуглеводородные источники энергии и использовать местные, в том числе нетрадиционные и низкосортные виды топлива, в результате чего, горючие сланцы и бурые угли являются перспективным сырьем для энергетической, химической и металлургической промышленности [2,3].

Бурый уголь и горючий сланец характеризуются следующими показателями (табл.1):

Таблица 1.

Характеристика горючих сланцев и бурых углей

ТГИ Технический анализ, % Элементный состав, %

Wr Ad ydaf Sfd Cdaf Hdaf

Бурый уголь марки «Б1» 40-58 12-40 44-60 0,2-4,0 64-70 4,5-5,9

Бурый уголь марки «Б2» 30-40 7-45 44-56 0,3-8,0 65-76 3,8-5,7

Бурый уголь марки «Б3» 19-30 14-40 32-50 0,3-3,0 67-78 4,0-6,0

Горючий сланец Ленинградского месторождения [4] 11,6 50,5 41,43 1,5 77 9